T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 ,   p p .   957 ~ 9 6 5   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 3 . 27326          957       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Efficien Io T - ba s ed s m a rt  ir rig a tion sy ste m  using   Lo Ra WAN  for  reso urce  opti m i z a tion  in  a g ric ulture       F a t en  B en  Aicha ,   I m en  Ay a chi   L a b o r a t o r y   o f   S y st e ms A n a l y si s,  D e si g n   a n d   C o n t r o l   ( L R - A C S - EN I T) ,   H i g h e r   I n st i t u t e   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   N a t i o n a l   En g i n e e r i n g   S c h o o l   o f   T u n i s,   U n i v e r si t y   o f   T u n i El   M a n a r ,   A r i a n a ,   T u n i s i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   26 202 5   R ev i s ed   No v   7 2025   A cc ep ted   J an   30 2 0 2 6       T h e   g lo b a a g ricu lt u ra se c to f a c e c rit ic a c h a ll e n g e su c h   a c li m a te   c h a n g e ,   w a ter  s c a rc it y ,   a n d   in e ff ici e n irri g a ti o n   p ra c ti c e s.  Th is  p a p e r   p re se n ts an   in tern e o f   th in g (Io T ) - b a se d   sm a rt  irri g a ti o n   s y ste m   d e sig n e d   to   o p ti m ize   w a ter  u sa g e   a n d   e n h a n c e   a g ricu lt u ra p ro d u c ti v it y   in   T u n isia’s   se m i - a rid   re g io n s.  T h e   p ro p o se d   sy ste m   in teg ra tes   se n so rs  (YL - 6 9   so il   m o istu re ,   DH T 2 2   tem p e ra tu re - h u m id it y ,   F C - 3 7   ra i n ),   a   S T M 3 2 L 0 7 2 Z - L R WA N1   b o a rd ,   a n d   lo n g - ra n g e   w id e   a re a   n e t w o rk   ( Lo Ra WA N )   c o m m u n ica ti o n   to   tran sm i re a l - ti m e   d a ta  to   a   T h in g P a rk   se rv e a n d   M o n g o DB   d a tab a se .   A   m o b il e   a p p l ica ti o n   d e v e lo p e d   i n   F lu tt e e n a b les   m o n it o rin g   a n d   c o n tr o t h ro u g h   m a n u a l,   a u t o m a ted ,   a n d   e v e n t - d r i v e n   m o d e s.  Ex p e rime n tal  v a li d a ti o n   d e m o n stra tes   wa ter  sa v in g a n d   im p ro v e d   irri g a t io n   e ff ici e n c y   c o m p a re d   to   c o n v e n ti o n a sy ste m s.  Qu a n ti tativ e   re su lt s,   b e n c h m a rk in g ,   a n d   c o st - b e n e f it   a n a ly sis  c o n f ir m   th e   s y ste m ’s  a ff o rd a b il it y ,   e n e rg y   su sta in a b il it y ,   a n d   sc a lab il it y .   T h is  so lu ti o n   c o n t rib u tes   to   s u sta in a b l e   a g ricu lt u re   in   re so u rc e - c o n s train e d   e n v iro n m e n ts.   K ey w o r d s :   I n ter n et  o f   t h i n g s     L o n g   r an g w id ar ea   n et w o r k   S m ar t a g r icu lt u r e   S m ar t ir r ig a tio n   Su s tain ab il it y   T h in g P ar k   s er v er   W ater   o p tim izatio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Faten   B en   A ic h a   L ab o r ato r y   o f   S y s te m s   An al y s is ,   Desi g n   a n d   C o n tr o l ( L R - AC S - E NI T )   Hig h er   I n s ti tu te  o f   C o m p u ter   Scien ce ,   Natio n al  E n g i n ee r in g   Sch o o l o f   T u n is U n i v er s it y   o f   T u n is   E l M a n ar   2080   A r ian a,   T u n is ia   E m ail:  f ate n . b en aic h a@ i s i. u t m . tn       1.   I NT RO D UCT I O N   Ag r icu ltu r i s   ce n tr al  to   f o o d   s ec u r it y   an d   ec o n o m ic  s tab il it y ,   p ar ticu lar l y   i n   d ev elo p in g   r eg io n s .   Yet,   it  is   i n cr ea s i n g l y   co n s tr ai n ed   b y   w ater   s ca r cit y ,   cli m ate   v ar iab ilit y ,   a n d   i n ef f icie n ir r ig atio n ,   c h alle n g es   th at  ar esp ec iall y   ac u te  in   s e m i - ar id   co u n tr ie s   s u ch   as  T u n is ia.   B y   2 0 5 0 ,   g lo b al  f o o d   p r o d u ctio n   m u s in cr ea s s u b s tan tiall y   to   m ee d em a n d   [ 1 ] ,   ev en   as  r ain f all  b ec o m e s   m o r er r atic  an d   tem p er atu r es  r is d u to   cli m ate  c h a n g e   [ 2 ] .   I n   th e   Nea r   E ast  an d   No r t h   Af r ica  ( NE N A ) ,   w h er av er a g a n n u al  r ai n f all  i s   o f ten   b elo w   2 0 0   m m ,   T u n i s ia  e x e m p l if ies  co u n tr y   u n d er   ac u te  w ater   s tr ess   [ 3 ] .   B et w ee n   1 9 6 2   an d   2 0 1 8 ,   T u n is ia s   p er   ca p ita  w ater   av a ilab ilit y   f el b y   m o r th a n   6 0 %,  u n d er s co r in g   th u r g e n c y   o f   i m p r o v in g   ir r ig atio n   e f f icie n c y .   A d v an ce s   in   th in ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   h av en ab led   p r e cisi o n   ag r ic u lt u r s o lu tio n s ,   p r o v id in g   r ea l - ti m e   m o n ito r i n g   a n d   au to m a tio n   o f   ir r ig atio n   p r o ce s s es  [ 4 ] .   Ho w e v er ,   m o s e x is t in g   I o T - b ased   s y s te m s   r el y   o n   w ir ele s s   f id elit y   ( Wi - Fi ) ,   w h i ch   is   li m ited   b y   s h o r co m m u n icatio n   r an g an d   h i g h   en er g y   co n s u m p tio n   [ 5 ] m ak in g   t h e m   u n s u itab le  f o r   d ep lo y m e n t in   lar g o r   r e m o te  f i eld s .   Sev er al  r ec en s t u d ies  h a v p r o p o s ed   I o T - b ased   ir r ig atio n   ar ch i tec tu r e s   w it h   d i f f er e n t   lev el s   o f   in te g r atio n   an d   p er f o r m a n ce .   A i s y a h   et  a l [ 6 ]   im p le m e n ted   W i - Fi - b ased   m u lti - s e n s o r   r ice  f ield   m o n ito r i n g   s y s te m ,   b u it s   s h o r t - r an g co n s tr ain ed   s ca lab ilit y .   C a m p o s   et  a l [ 7 ]   in tr o d u ce d   th s m ar a n d   g r ee n   p r ed ictiv f r a m e w o r k ,   y et  it  l ac k ed   r o b u s t   lo n g - r a n g b a ck b o n e.   Ki v   et   a l [ 8 ]   d e m o n s tr a ted   lo n g - r a n g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 5 7 - 965   958   ( L o R a )   f o r   s o il  m o is tu r s e n s i n g   i n   th s m ar m o n ito r i n g   o f   lan d   ( SMO L )   s y s te m ,   s h o w i n g   p o ten tial  f o r   lo w - p o w er   m o n ito r i n g ,   b u th e ir   i m p le m en ta tio n   r eq u ir ed   m an u al  ca lib r atio n   an d   lack ed   ac tu ato r   in te g r atio n .   Sab ah   et  a l [ 9 ]   an d   C h a v a n n et  a l [ 1 0 ]   d ev elo p ed   a u to m at ic  s e n s i n g   p latf o r m s   b u w it h o u m o b ile  in te g r atio n   o r   s ca lab ilit y .   M o r r ec en tly ,   Z h a n g   et  a l [ 1 1 ]   v alid ated   a   lo n g - r an g w id ar ea   n et w o r k   ( L o R aW A N )   p r ec is io n   ir r i g at io n   s y s te m   f o r   to m ato   cu lt iv a tio n ,   an d   L io p a - T s ak alid et  a l [ 1 2 ]   d ep lo y ed   L o R aW A N - b ased   I o T   p latf o r m   in   o li v g r o v e s ,   p r o v in g   s ca lab ilit y   i n   p er en n ial  cr o p s .   Desp ite  th e s e   ad v an ce s ,   cu r r en t   s o l u tio n s   eith er   tar g et  s p ec i f ic  cr o p s   o r   r eq u ir s ig n i f ic a n i n f r ast r u ctu r i n v est m e n t.   Fu r t h er m o r e,   is s u es  o f   d ata  s e cu r it y   a n d   ef f icie n r eso u r ce   m an a g e m e n r e m ai n   u n r eso l v ed ,   as  h ig h li g h ted   b y   Sh ai k h   et  a l [ 1 3 ]   an d   A ld r ee s   et  a l [ 1 4 ] .   As  s y s te m atica ll y   co m p ar ed   in   T ab le  1 ,   w h ile  p r o g r ess   h as  b ee n   m ad e,   ex is ti n g   s y s te m s   s till   p r o v id o n l y   p ar tial  f u n ctio n ali t y .   A   v alid ated ,   h o lis tic  ar c h it ec tu r t h at  co m b i n es  lo n g - r an g e,   lo w - p o w e r   co m m u n icatio n   w it h   af f o r d ab ilit y ,   u s ab ilit y ,   a n d   en er g y   au t o n o m y   a lo w   co s r e m ai n s   la ck in g .   T h p r esen s tu d y   co n tr ib u tes  to   ad d r ess in g   t h is   g ap   b y   d esi g n in g   a n d   i n teg r at in g   f u ll y   f u n ct io n al,   lo w - co s h ar d w ar e   an d   s o f t w ar ar ch itec tu r f o r   s m ar ir r ig at io n ,   co n d u ct in g   f ield   ev al u atio n   th at  q u a n ti f ie s   w ater   s a v i n g s   an d   co m m u n icatio n   r eliab ilit y   co m p ar ed   to   co n v e n tio n a m eth o d s ,   an d   p r o v id in g   an   en g i n e er in g   r atio n ale  f o r   co m p o n e n s elec t io n   to   f ac ilit ate  r ep licatio n   in   r eso u r ce - co n s tr ai n ed   en v ir o n m e n t s .   Un li k p r io r   w o r k s ,   th e   p r o p o s ed   s y s te m   d eli v er s   v alid ated ,   en d - to - e n d   L o R a W A N - b ased   ir r ig atio n   s o l u ti o n   th at  is   af f o r d ab le,   s ca lab le,   en er g y - ef f icie n t,  an d   s p ec if icall y   tailo r ed   to   th s e m i - ar id   f ar m in g   co n te x t o f   T u n is ia.       T ab le  1 .   C o m p ar ativ a n al y s i s   o f   s o m r elate d   I o T - b ased   s m ar t ir r ig atio n   s y s te m s   S t u d y   /   s y st e m   C o mm u n i c a t i o n   K e y   f e a t u r e s   L i mi t a t i o n s   A i s y a h   e t   a l .   [ 6 ] ,   2 0 2 4   Wi - Fi   M u l t i - se n so r   mo n i t o r i n g   f o r   r i c e   f i e l d s   S h o r t - r a n g e ,   h i g h - e n e r g y   c o n su mp t i o n   C a m p o e t   a l .   [ 7 ] ,   2 0 2 0   Wi - F i   +   p r e d i c t i v e   f r a mew o r k   S mart  a n d   g r e e n   I o T   f r a mew o r k   N o   l o n g - r a n g e   I o T   b a c k b o n e   K i v   e t   a l .   [ 8 ] ,   2 0 2 1   L o R a   S M O L   so i l   mo i st u r e   se n si n g   M a n u a l   c a l i b r a t i o n ,   n o   a c t u a t o r   c o n t r o l   S a b a h   e t   a l .   [ 9 ] ,   2 0 2 4   C u s t o m   A u t o mat i c   se n s i n g   a n d   c o n t r o l   N o   mo b i l e   i n t e g r a t i o n ,   l i mi t e d   sca l a b i l i t y   Z h a n g   e t   a l .   [ 1 1 ] ,   2 0 2 2   L o R a W A N   P r e c i si o n   i r r i g a t i o n   i n   t o m a t o   p l a st i c u l t u r e ,   v a l i d a t e d   f i e l d   t r i a l s   H i g h e r   n o d e   c o s t ;   n o   mo b i l e   i n t e r f a c e   o r   R O I   a n a l y si s   L i o p a - T sak a l i d i   e t   al .   [ 1 2 ] ,   2 0 2 4   L o R a W A N   L a r g e - sca l e   o l i v e   g r o v e   d e p l o y m e n t ,   r e a l - w o r l d   v a l i d a t i o n   R e q u i r e s si g n i f i c a n t   i n f r a s t r u c t u r e   i n v e st me n t   P r o p o se d   s y st e m   L o R a W A N   En d - to - e n d   i n t e g r a t i o n   w i t h   mo b i l e   a p p ,   so l a r - c o mp a t i b l e ,   c o st - e f f e c t i v e   ( <   7 0 / n o d e )   R e q u i r e s i n t e r n e t   f o r   a p p   c o n t r o l       2.   M E T H O D   T h is   s tu d y   p r o p o s es  an   I o T - b ased   ir r ig atio n   m an a g e m en s y s te m   d esi g n ed   to   ad d r ess   w a ter   s ca r cit y   an d   in ef f ic ien c y   in   s e m i - ar id   r eg io n s   s u c h   as  T u n is ia.   T h s y s te m   le v er ag e s   th L o R aW A co m m u n icatio n   p r o to co t o   p r o v id lo n g - r a n g e,   lo w - p o w er   co n n ec ti v it y ,   o v er co m in g   t h li m itatio n s   o f   W i - Fi - b ased   a n d   cu s to m   I o T   s o lu tio n s   [ 6 ] ,   [ 7 ] ,   [ 9 ] .   T h ar ch itectu r in te g r at es  en v ir o n m e n tal  s e n s o r s ,   L o R aW A N - e n ab led   m icr o co n tr o ller ,   clo u d - b ased   d ata - m an a g e m en p latf o r m ,   an d   m o b ile  ap p licatio n   f o r   m o n i to r in g   a n d   co n tr o l.  T h d esig n   e m p h a s iz es  af f o r d ab ilit y ,   s ca lab ilit y ,   an d   en er g y   e f f icien c y   th r o u g h   o p tim ized   h ar d w ar e   s elec tio n   a n d   co s t r ed u ctio n .     2 . 1 .     Sy s t em   a rc hite ct ure   T h p r o p o s ed   s y s te m   i n te g r ate s   f o u r   co r co m p o n en t s   as s h o w n   b y   Fi g u r 1 :     I o T   s en s o r - ac t u ato r   n o d es :   e a ch   n o d e m p lo y s   a   Y L - 6 9   s o i l - m o is t u r s e n s o r ,   DHT 2 2   te m p er atu r e - an d - h u m id it y   s e n s o r ,   an d   an   F C - 3 7   r ain   s e n s o r .   A   r ela y   m o d u le  d r iv es  m i n w a ter   p u m p .   T h ST M3 2 L 0 7 2 Z - L R W A N1   m ic r o co n tr o ller ,   em b ed d in g   a n   S X1 2 7 6   L o R tr an s ce iv er ,   w as   ch o s en   f o r   its   u ltra - lo w - p o w er   o p er atio n   ( 2 0   n A   i n   s tan d b y   m o d e)   an d   h ig h   le v el  o f   i n te g r atio n ,   w h ic h   s i m p li f ie s   h ar d w ar d esi g n   a n d   en h a n c es  f ield   r eliab ilit y .   W h i le  lo w er - co s alter n at iv e s   ex i s ( e. g . ,   E SP 3 2   w it h   ex ter n al   L o R m o d u le) ,   t h is   in te g r ated   s o l u tio n   w as   s el ec te d   to   m i n i m ize  d e v elo p m en co m p le x it y ,   en s u r r o b u s p er f o r m an ce   i n   h ar s h   en v ir o n m e n ts ,   a n d   p r o v id s o lid   f o u n d atio n   f o r   f u tu r s o lar - p o w er ed   d ep lo y m e n t,  j u s ti f y i n g   th i n itia l in v est m e n t.     L o R aW A co m m u n icatio n   p r o to co l :   L o R aW A o f f er s   u p   to   1 5   k m   r an g i n   r u r al  zo n e s   w it h   v er y   lo p o w er   d em a n d .   I w a s   s elec te d   in s tead   o f   NB - I o T   t o   av o id   r ec u r r in g   telec o m   s u b s cr ip tio n   f ee s   an d   allo w   f u ll y   i n d ep en d en t r u r al  d ep lo y m en t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E fficien t I o T - b a s ed   s ma r t irr i g a tio n   s ystem  u s in g   Lo R a W A N   fo r   r eso u r ce   o p timiz a tio n   …  ( F a ten   B en   A ich a )   959     T h in g P ar k   s er v er   an d   Mo n g o DB   d atab ase :   th A c tili t y   T h in g P ar k   s er v er   m a n ag es  L o R aW AN   co n n ec ti v it y .   Sen s o r   d ata  a r e   tr an s f er r ed   to   a   Mo n g o DB   A tla s   d atab ase  th r o u g h   Kaf k m id d le w ar e,   en s u r in g   r eliab le,   s ca lab le,   an d   s ec u r d ata  ex ch a n g [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .     Mo b ile  ap p licatio n :   F lu tter - b ased   ap p   en ab les  f ar m er s   to   o p er ate  in   m a n u al,   au to m ated ,   o r   ev en t - d r iv e n   m o d e s .   I d is p la y s   r ea l - ti m s en s o r   d ata  an d   ex ec u ted   ir r ig atio n   ac tio n s ,   i m p r o v i n g   d ec i s io n - m a k i n g   a n d   u s ab ilit y .   T h co llected   d ata  ar tr an s m itted   v ia  t h L o R aW A p r o t o co l   to   th A ctilit y   T h i n g P ar k   w ir eles s   s er v er ,   w h ich   d ec o d es  a n d   f o r w ar d s   t h p a y lo ad s   to   Mo n g o DB   Atlas  d atab ase  th r o u g h   Kaf k m id d le w ar e.   T h is   ar ch itectu r en s u r es  r eliab le,   s ec u r e,   an d   s ca lab le  d ata  f lo w   b et w ee n   f ield   n o d es  an d   th m o b ile   in ter f ac e.           Fig u r 1 .   Ov er all  ar ch itect u r o f   th p r o p o s ed   ir r ig atio n   s y s t e m       2 . 2 .     Sens o r - a ct ua t o no de   T h s en s o r ac tu ato r   n o d ( Fig u r 2 )   in te g r ates  th s elec ted   s en s o r s   an d   t h p u m p   i n to   s in g le  u n it   co n n ec ted   to   t h ST M3 2 L 0 7 2 Z - L R W AN1   b o ar d .   T h DHT 2 2   m ea s u r es  air   te m p e r atu r an d   r elati v h u m id it y ,   t h Y L - 6 9   m ea s u r e s   s o il  m o is t u r at  r o o t - zo n d ep th   ( 1 0 2 0   cm ) ,   an d   th FC - 3 7   d etec ts   r ain f all   ev en t s .   T h ese  co m p o n en t s   w e r s elec ted   f o r   th eir   w id ad o p tio n ,   lo w   co s t,  an d   co m p atib ili t y   w it h   lo w - p o w er   m icr o c o n tr o ller s .   T ab le   2   li s ts   th co m p o n e n co s ts .   T h to tal  co s o f   6 6   p e r   n o d d em o n s tr ates   af f o r d ab ilit y   co m p ar ed   w it h   c o m m er cial  n o d es c o s ti n g   1 5 0 .           Fig u r 2 .   W ir in g   d iag r a m   o f   t h s e n s o r ac tu ato r   n o d e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 5 7 - 965   960   T ab le  2 .   Un it p r ice  o f   ea ch   co m p o n en t   C o mp o n e n t   U n i t   P r i c e   ( )   R a t i o n a l e   S T M 3 2 L 0 7 2 Z - L R W A N 1   b o a r d   45   U l t r a - l o w - p o w e r ,   L o R a - e n a b l e d   b o a r d   D H T 2 2   se n so r   6   A c c u r a t e   t e mp e r a t u r e   a n d   h u m i d i t y   se n si n g   YL - 6 9   se n so r   4   S i mp l e ,   l o w - c o st   so i l   mo i st u r e   p r o b e   FC - 3 7   r a i n   se n so r   3   R a i n   d e t e c t i o n   f o r   i r r i g a t i o n   s c h e d u l i n g   R e l a y   mo d u l e   1   L o w - c o st   p u m p   c o n t r o l   M i n i   w a t e r   p u m p   7   A f f o r d a b l e   a c t u a t o r   f o r   smal l - sca l e   i r r i g a t i o n   T o t a l   66   A f f o r d a b l e   p r o t o t y p e   ( <   7 0 / n o d e )       2 . 3 .     Sens o ca lib ra t io n a nd   ex peri m ent a l set up   T h YL - 6 9   s o il  m o is t u r s e n s o r   w as  ca lib r ated   u s i n g   th g r av i m etr ic  m eth o d   to   en s u r ac cu r ate  r ea d in g s .   T h an alo g - to - d i g it al  co n v er ter   ( A DC )   o u tp u t s   w er co r r elate d   w it h   m ea s u r e d   v o lu m etr ic  w ater   co n ten t,  r es u lti n g   in   li n ea r   ca lib r atio n   cu r v e.   T h is   p r o ce d u r ad d r ess es   ac cu r ac y   li m it atio n s   id en t if ied   in   p r io r   L o R a - b ased   s e n s in g   s tu d ies  [ 8 ] .   T h ex p er i m e n tal  s etu p   co n s is ted   o f   a   s i n g le  s e n s o r ac tu ato r   n o d e   d ep lo y ed   in   0 . 5 - h ec tar to m ato   f ie ld .   T h to m ato   w as   s elec ted   as  th te s cr o p   d u to   its   ec o n o m i c   i m p o r tan ce   i n   T u n i s ia n   ag r ic u lt u r e,   h i g h   w ater   r eq u ir e m e n ts   m a k i n g   it  id ea f o r   ir r ig atio n   o p ti m iza tio n   s tu d ie s ,   an d   its   s en s i tiv it y   to   w ater   s tr es s   allo w i n g   clea r   ev alu atio n   o f   s y s te m   p er f o r m a n ce .   A   L o R g ate w a y   w a s   p o s itio n ed   3   k m   f r o m   t h test   p lo to   as s ess   lo n g - r an g co m m u n icatio n   p er f o r m an ce   u n d er   r ea l - w o r ld   co n d itio n s .   Data   w er co llecte d   co n tin u o u s l y   o v er   o n e - m o n th   p er io d .     Fo r   b en ch m ar k i n g ,   an   ad j ac en p lo o f   eq u a s ize  w a s   ir r i g ated   u s in g   co n v e n tio n al  ti m er - b ased   s y s te m   o p er atin g   t w ice  d ail y ,   s er v in g   as  th e   co n tr o l.  T h is   co n f i g u r atio n   en ab led   q u an tit ativ ev al u atio n   o f   w ater   s a v i n g s ,   co m m u n ica tio n   r eliab ilit y ,   an d   ir r ig atio n   s c h e d u lin g   e f f ic ien c y .     2 . 3 . 1 .   Sy s t e m   i m p le m e nta t io n a nd   co nfig ura t io n   T h i m p le m e n tatio n   p r io r itized   p r ac tical  d ep lo y m e n r e liab ilit y   o v er   th eo r etica o p t i m izatio n ,   f o cu s in g   o n   m ai n tai n ab ilit y   a n d   s ca lab ilit y   f o r   ag r ic u lt u r al  en v ir o n m e n t s .   Sev er al  k e y   e n g in ee r i n g   d ec is io n s   w er m ad to   b alan ce   p er f o r m an ce ,   co s t,  an d   o p er atio n al  s i m p lici t y .   L o R aW A n et w o r k   co n f i g u r atio n   u tili ze d   t h E U8 6 8   b an d   w ith   u n icast   co m m u n icatio n ,   s ele cted   f o r   its   r eg u lato r y   co m p li an ce   i n   T u n is ia  a n d   r eliab le  d ata  tr an s m i s s io n   in   r u r al  ar ea s .   Dev ice  au t h e n t icatio n   e m p lo y ed   s tan d ar d   L o R aW A s ec u r it y   id en ti f ier s   ( d ev ice  e x te n d ed   u n iq u id e n ti f ier / De v E U I j o in   ex te n d ed   u n iq u id e n ti f ier / J o in E UI ,   an d   d e v ice   ad d r ess / Dev A d d r )   to   en s u r e   n et w o r k   i n teg r i t y   w h ile  m ai n tai n in g   i n ter o p er ab ilit y   w it h   co m m er cial   L o R aW A in f r astr u ct u r e.   C lo u d   d ata  p ip elin i n te g r ate d   A c ti lit y   T h in g P ar k   f o r   L o R aW A N   n et w o r k   m an a g e m e n t,  lev er a g i n g   it s   b u ilt - in   co d ec   d r iv er s   f o r   au t o m a tic  p a y lo ad   co n v er s io n   t o   J av aScr ip o b j ec t   n o tatio n   ( J SON )   f o r m at.   T h is   ap p r o ac h   eli m in a ted   th n ee d   f o r   cu s to m   d ec o d in g   lo g ic,   r ed u cin g   d e v elo p m e n co m p le x it y .   Ka f k m id d le w ar en s u r ed   r eliab le  m e s s a g q u eu in g   b et w ee n   T h in g P ar k   an d   Mo n g o DB   Atlas ,   p r o v id in g   f a u lt  to ler an ce   d u r in g   n et w o r k   in ter r u p tio n s   co m m o n   in   r u r al  ag r ic u lt u r al  s etti n g s .   Data b ase  an d   ap p licatio n   ar ch itectu r e m p l o y ed   Mo n g o DB   A tla s   f o r   its   f le x ib le  d o cu m e n t - b ased   s to r ag e,   ac co m m o d ati n g   h eter o g e n eo u s   s en s o r   d ata  w ith o u s c h e m m o d if ica tio n s .   T h Flu tter   m o b ile  ap p licat io n   ac ce s s ed   d ata   th r o u g h   r ep r esen tatio n al  s tate  tr an s f er   ap p licatio n   p r o g r a m m in g   i n ter f ac e   ( R E ST   A P I )   en d p o in ts ,   s u p p o r tin g   th r e ir r ig atio n   m o d es:  m an u al  co n tr o f o r   im m ed iate  in t er v en tio n ,   au to m ated   s c h ed u l in g   b ased   o n   ti m e   in ter v a ls ,   an d   ev en t - d r iv e n   o p er atio n   tr ig g er ed   b y   s o il  m o is tu r th r es h o ld s   o r   r ain   s e n s o r   d etec tio n .   T h is   in te g r ated   ar ch itect u r d e m o n s tr ate s   p r ac tical  b a lan ce   b et w ee n   tec h n ica s o p h i s ticat io n   an d   o p er atio n al   s i m p lic it y ,   s p ec if ica ll y   d e s ig n ed   f o r   th co n n ec ti v it y   c h alle n g e s   an d   m ai n te n an ce   co n s tr a in ts   o f   a g r icu l tu r al   d ep lo y m en t i n   s e m i - ar id   r eg io n s .     2 . 3 . 2 .   P o w er   m a na g e m ent   P o w er   o p ti m izat io n   w as  cr itical  d esig n   co n s id er atio n   f o r   r eliab le  f ield   d ep lo y m e n i n   ar ea s   w it h   li m ited   e n er g y   in f r as tr u ct u r e.   E ac h   s e n s o r ac tu ato r   n o d co n s u m ed   ap p r o x i m atel y   1 2 0   m Ah   p er   d ay   d u r in g   n o r m al  o p er atio n ,   w it h   tr an s ie n p ea k s   u p   to   1 8 0   m Ah   d u r in g   p u m p   ac tiv at io n .   D u r in g   t es ti n g ,   a l l   n o d e s   w e r p o w e r e d   f r o m   th e   m a in s   s u p p ly   t o   en s u r e   c o n ti n u o u s   o p e r at io n   an d   u n in t e r r u p t e d   d a ta   c o l l ec t i o n .   H o w ev e r ,   th h a r d w a r e   d es ig n   r em ai n s   s o l a r - r e a d y ,   a ll o w in g   f u tu r e   in te g r at i o n   o f   a   5   W   p h o t o v o l t ai c   p an e l   an d   a   2 0 0 0   m A h   Li - i o n   b at t e r y ,   w h i ch ,   b as e d   o n   th e   m e asu r e d   en e r g y   p r o f il e ,   c o u l d   p r o v i d e   u p   t o   1 6   d ay s   o f   au t o n o m y   w i th o u s u n l ig h t .   T h s y s te m s   p o w er   b u d g et  w as  o p ti m ized   b y   e x p lo itin g   th ST M3 2 L 0 7 2 s   u ltra - lo w - p o w er   m o d e s   (<   2 0   n A   s tan d b y )   b et w ee n   s e n s i n g   c y cle s ,   i m p le m e n ti n g   d u t y - c y cled   L o R tr an s m is s io n s   to   m i n i m ize  r ad io   en er g y   co n s u m p tio n ,   an d   ap p ly in g   p u ls w id t h   m o d u lati o n   ( P W M ) - b ased   p u m p   co n tr o to   li m it  in r u s h   cu r r en d u r i n g   m o to r   s tar tu p .   T h is   en er g y - a w ar ar ch itect u r en s u r es   r eliab le  o p er atio n ,   lo w   m ai n te n an ce ,   an d   af f o r d ab ilit y ,   m a k i n g   it  s u itab le  f o r   s m al lh o ld er   f ar m er s   in   en er g y - co n s tr ai n ed   r eg io n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E fficien t I o T - b a s ed   s ma r t irr i g a tio n   s ystem  u s in g   Lo R a W A N   fo r   r eso u r ce   o p timiz a tio n   …  ( F a ten   B en   A ich a )   961   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Sy s t em   perf o r m a nce  a n d c o mm un ica t io n r elia bil it y   T h L o R aW A n et w o r k   d e m o n s tr ated   r o b u s t   p er f o r m an ce   d u r in g   th 3 0 - d a y   f ield   d ep lo y m en t.  T h s y s te m   ac h iev ed   p ac k et  d el iv er y   r atio   ( P DR )   o f   9 6 . 2 at  th 3   k m   g ate w a y   d is ta n c e,   w ith   an   av er a g e   laten c y   o f   2 . 1   s ec o n d s   f r o m   s en s o r   ac q u is itio n   to   d atab ase   s to r ag e.   Of   8   6 4 0   ex p ec ted   d ata   f r a m es  ( 3 0   d ay s   ×   2 8 8   tr an s m i s s io n s /d a y ) ,   th e   8 , 3 0 8   w er s u cc ess f u ll y   r ec eiv ed   an d   lo g g ed   w it h o u co r r u p tio n .   Ke y   p er f o r m a n ce   i n d icato r s   co n f ir m ed   o p er atio n al  s u itab ilit y .   R eliab le  L o R aW A tr an s m is s i o n   w a s   m ai n tai n ed   at  3   k m   i n   o p en - f ield   co n d itio n s ,   w it h   o cc asio n al  p ac k et  lo s s   ( 3 . 8 %)  d u r in g   p ea k   d a y ti m e   in ter f er en ce .   P o s t - ca lib r atio n   s o il  m o is tu r r ea d in g s   s h o w ed   m ea n   ab s o l u te  er r o r   o f   4 . 7 co m p ar ed   w it h   g r a v i m etr ic  m ea s u r e m e n t s .   T h en d - to - en d   d elay   f r o m   s en s o r   r ea d in g   t o   m o b ile - ap p   d is p la y   a v er ag e d   3 . 4   s ec o n d s .   T h e   s m ar ir r ig atio n   m o d r esu lted   in   an   ap p r o x im ate  2 8 r ed u ctio n   in   to tal  w ater   co n s u m p t io n   co m p ar ed   to   th ti m er - b ased   co n tr o l s y s te m ,   c o r r esp o n d in g   to   an   e s ti m ated   s av in g   o f   ab o u t 1 5 4 , 0 0 0   liter s   o v er   th 3 0 - d a y   tr ial   p er io d   o n   th 0 . 5 - h ec tar to m ato   p lo t.  T h ese  r esu lts   ar co n s is te n w it h   L o R aW A p er f o r m an ce   r ep o r ted   in   ag r icu l tu r al  f ield   s t u d ies  [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ]   an d   r ep r esen m ar k ed   i m p r o v e m e n o v er   s h o r t - r an g W i - Fi  s y s te m s   t h at   t y p icall y   ac h ie v b elo w   8 0 r eliab ilit y   u n d er   s i m ilar   r u r al  co n d itio n s   [ 6 ] .   T h o b s er v ed   p er f o r m an c e   co n f ir m s   t h s y s te m s   ca p ab i lit y   f o r   r eliab le  p r ec is io n - ir r i g atio n   m a n ag e m e n t,  w it h   p ac k et - lo s s   r ate s   w el w it h i n   ac ce p tab le  li m its   f o r   ag r icu lt u r al  m o n ito r in g   ap p licatio n s .     3 . 2 .     Wa t er   us a g ef f iciency   a nd   irrig a t io n per f o r m a nce   Ov er   th 3 0 - d a y   tr ial  p er io d ,   to tal  w ater   co n s u m p tio n   d ec r ea s ed   f r o m   ap p r o x i m atel y   5 5 0 , 0 0 0   L   in   th co n v e n tio n al   ir r ig atio n   s e t u p   to   3 9 6 , 0 0 0   L   w it h   t h p r o p o s ed   s m ar s y s te m   r ep r esen t in g   2 8 r ed u ctio n .   T h w a ter   allo ca tio n   r ef lecte d   th co n s tr ai n ed   r eso u r ce   av ail ab ilit y   t y p ical  o f   s m all h o ld er   f ar m s   i n   th r eg io n ,   r ep r esen tin g   ap p r o x i m atel y   5 0 7 0 % o f   th eo r etica cr o p   w ate r   r eq u ir em e n ts .   T h ev en t - d r i v en   ir r ig atio n   m o d e   tr ig g er ed   an   a v er a g o f   1 . 3   ir r ig atio n   e v en t s   p er   d a y ,   co m p ar ed   to   t w o   f ix ed   d ail y   c y cles  i n   t h co n tr o l   s y s te m .   T h i s   ad ap tiv co n tr o s tr ateg y   e f f ec tiv e l y   p r ev e n ted   b o th   w ater lo g g in g   a n d   m o i s t u r s tr e s s ,   en s u r i n g   m o r e   s tab le  s o il  co n d itio n s   a n d   i m p r o v ed   w a ter   u s e f f ici en c y .   T h ese   f in d i n g s   ar co n s is te n w i th   r ec en t   p r ec is io n - a g r icu ltu r r esear ch   h ig h li g h ti n g   t h ef f ec ti v en e s s   o f   ad ap tiv e,   d ata - d r iv en   ir r ig a tio n   ap p r o ac h es  in   s e m i - ar id   r eg io n s   [ 1 1 ] ,   [ 1 8 ] .     3 . 3 .     M o bil a pp lica t io n us a bil it y   a nd   da t a   presenta t io n   T h Flu tter - b ased   m o b ile  a p p licatio n   s u cc e s s f u ll y   p r o v i d ed   r ea l - ti m m o n ito r in g   an d   co n tr o ca p ab ilit ies,  w it h   s e n s o r   d ata  f r a m e s   r eliab l y   d ec o d ed   an d   d is p lay ed   to   u s er s .   As  s h o w n   i n   T ab le  3 ,   th s y s te m   ac c u r atel y   i n ter p r ete d   h ex ad ec i m al  tr a n s m i s s io n s   in to   ac tio n ab le  ag r ic u lt u r al  p ar am eter s   a n d   s u cc e s s f u ll y   tr a n s m itted   t h e m   to   th clo u d   p latf o r m   f o r   v is u a lizatio n .   P r elim i n ar y   u s ab ilit y   test i n g   in d icate d   th at  th in ter f ac w a s   in tu i tiv a n d   r esp o n s iv e,   w i th   clea r   v is u aliza t io n   o f   en v ir o n m e n t al  p ar am eter s   a n d   s tr aig h t f o r w ar d   co n tr o o f   ir r ig atio n   m o d e s .   T h th r ee   av ailab le  m o d es:  m an u al,   a u to m ated ,   an d   e v e n t - d r iv en   alo n g   w ith   th e   r ain - s e n s o r   o v er r id f u n ctio n ,   p r o v id ed   f le x ib ilit y   an d   ea s o f   u s d u r i n g   f ield   o p er atio n .       T ab le  3 .   E x am p le  o f   s en s o r   d ata  tr an s m is s io n   a n d   in ter p r etat io n   H e x a d e c i mal   f r a me   A m e r i c a n   st a n d a r d   c o d e   f o r   i n f o r mat i o n   i n t e r c h a n g e   ( A S C I I )   f r a me   T e mp e r a t u r e   A i r   h u m i d i t y   S o i l   m o i st u r e   P r e c i p i t a t i o n   S e n d i n g   d a t e   S e n d i n g   t i me   3 2 3 2 3 7 3 4 3 6 3 9 3 0   2 2 7 4 6 9 0   2 2   ° C   7 4 %   6 9 %   NO   2 9 / 0 5 / 2 0 2 4   1 7 : 2 0 : 0 1 . 7 7 6   3 2 3 0 3 7 3 9 3 6 3 8 3 0   2 0 7 9 6 8 0   2 0   ° C   7 9 %   6 8 %   NO   2 9 / 0 5 / 2 0 2 4   1 7 : 2 8 : 2 8 . 9 9 6       3 . 4 .     I rr ig a t io co ntr o l f un ct i o ns   T h w a ter   p u m p   ac tu a to r   ( d ir ec cu r r en t / DC   m o to r )   ca n   b co n tr o lled   eith er   m a n u al l y   o r   au to m at icall y   t h r o u g h   th m o b ile  ap p licatio n .   I n   m a n u al  m o d ( Fi g u r 3 ) ,   th u s er   s e lects  th ir r i g atio n   d u r atio n   in   m i n u tes  an d   ac tiv a tes  th p u m p co u n td o w n   ti m er   in d icate s   th r e m ai n i n g   o p er atio n   ti m e.   On ce  th p u m p   s tar t s ,   co n f ir m at io n   p ag ( Fi g u r 4 )   d is p lay s   t h e   ac tiv ir r ig a tio n   s tatu s   i n   r ea l   ti m e,   allo w i n g   th e   u s er   to   m o n ito r   s y s te m   b eh a v io r   an d   m an u all y   s to p   ir r ig ati o n   if   n ee d ed .   I n   au to m atic  m o d ( Fig u r 5 ) ,   th ir r ig atio n   f r eq u e n c y   an d   d u r ati o n   ar p r ed ef in ed   ac co r d in g   to   u s er   p r ef er e n ce s   an d   s to r ed   in   th d atab ase.   T h s y s te m   t h en   e x ec u te s   ir r ig ati o n   c y cles  au to n o m o u s l y   b ase d   o n   th ese  p ar am eter s ,   en s u r in g   co n s is ten s o i l   m o is t u r w it h o u r eq u ir in g   u s er   in ter v en t io n .   I n   e v en t - d r i v en   m o d e ,   ir r ig at io n   a u to m at icall y   p au s es  w h e n   r ain f al is   d etec ted   b y   th F C - 3 7   s en s o r ,   p r ev en ti n g   o v er w ater in g   a n d   i m p r o v i n g   w ater - u s ef f ic ien c y .   T h s etti n g s   i n ter f ac a llo w s   u s er s   to   d ef i n t h r es h o ld   v al u es  f o r   te m p er atu r e,   h u m id it y ,   a n d   s o il  m o is tu r t h at   tr ig g er   o r   s to p   ir r ig atio n   d ep en d in g   o n   e n v ir o n m en ta l c o n d iti o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 5 7 - 965   962   As  s h o w n   i n   T ab le  4 ,   th p r o p o s ed   L o R aW A N - b a s ed   s y s te m   s i g n if ica n tl y   r ed u c es  w ater   co n s u m p tio n   w h ile  m ai n tai n i n g   s tab le  s o il   m o i s tu r a n d   r eliab le  lo n g - r an g co m m u n icatio n .   T h co s t   r ed u ctio n   an d   en er g y   ef f icie n t   d esig n   co n f ir m   i ts   s u itab ilit y   f o r   s m all - s ca le  ag r ic u lt u r al  ap p licatio n s   in   s e m i - ar id   r eg io n s   s u ch   a s   T u n is ia.                   Fig u r 3 .   Ma n u al  ir r i g atio n   p a g e   Fig u r 4 .   P u m p   s tar t p ag e   Fig u r 5 .   Au to m at ic  ir r ig atio n   p ag e       T ab le  4 .   Qu an titati v p er f o r m an ce   co m p ar is o n   P a r a me t e r   C o n v e n t i o n a l   P r o p o se d   I mp r o v e me n t   T o t a l   w a t e r   u se d   ( 3 0   d a y s)   5 5 0 , 0 0 0   L   3 9 6 , 0 0 0   L   2 8   D a i l y   i r r i g a t i o n   e v e n t s   2   ( f i x e d )   1 . 3   ( a v g )   3 5   A v e r a g e   so i l   mo i st u r e   6 2   ±   1 2 %   7 0   ±   4 %   M o r e   st a b l e   C o mm u n i c a t i o n   su c c e ss ra t e     9 6 . 2 %     En e r g y   so u r c e   G r i d   G r i d   ( so l a r - r e a d y )   F l e x i b l e   C o st   p e r   n o d e   >   1 5 0   6 6   5 6         3 . 5 .     Co s t - benef it   a na ly s is   a nd   s ca la bil it y   T h to tal  h ar d w ar co s o f   ap p r o x i m atel y   6 6   p er   n o d r e p r esen ts   5 6 r ed u ctio n   co m p ar ed   w it h   co m m er cial  L o R a - b ased   ir r i g atio n   s y s te m s   t h at  t y p icall y   ex ce ed   1 5 0   p er   u n it.  W ith   an   o b s er v ed   2 8 r ed u ctio n   in   w ater   co n s u m p ti o n   o v er   th 3 0 - d a y   tr ial,   th s y s t e m   d e m o n s tr ates  s tr o n g   e co n o m ic  p o ten tial,   o f f er i n g   p r o j ec ted   r etu r n   o n   in v e s t m e n w it h i n   t w o   ag r ic u lt u r al  s ea s o n s   f o r   s m all h o ld er   f ar m s   in   T u n is ia.   T h m o d u lar   d esi g n   allo w e d   s ea m les s   in teg r atio n   o f   a d d itio n al  en v ir o n m e n tal  s en s o r s   d u r in g   te s ti n g ,   co n f i r m i n g   t h s y s te m s   s ca la b ilit y   an d   ad ap tab ilit y   to   d iv e r s cr o p   ty p es.  Si m ilar   m o d u l ar   an d   L o R aW A N - b ased   ar ch itectu r es,  s u c h   as   L o R aFar [ 1 9 ]   an d   o th er   ed g e - e n ab led   s m ar t - f ar m i n g   s y s te m s   [ 2 0 ] ,   h av e   d em o n s tr ated   th at  s ca lab ili t y   d ep en d s   n o o n l y   o n   h ar d w ar m o d u lar it y   b u also   o n   e f f icien ed g e clo u d   co o r d in atio n   an d   li g h t w ei g h co m m u n icatio n   m an a g e m en t.  Nev er th e less ,   as  e m p h a s ized   i n   r ec en s t u d ies   on  ed g e - I o T   r eso u r ce   m a n ag e m en [ 1 4 ] ,   [ 2 1 ] [ 2 2 ] ,   lar g e - s ca le  d ep lo y m e n t s   in v o lv in g   m o r th an   ten   n o d e s   w o u ld   b en ef i f r o m   o p ti m iz ed   d ata  ag g r eg atio n ,   d y n a m i s ch ed u li n g ,   an d   f o g - co m p u ti n g   g ate w a y s   to   m ai n tai n   e n er g y   e f f icien c y   a n d   n et w o r k   r eliab il it y .   T h ese  d esig n   co n s id er atio n s   ali g n   w it h   c u r r en tr e n d s   i n   s ca lab le  I o T   ar ch itectu r es  f o r   s m ar a g r icu lt u r e,   ai m i n g   to   en s u r b o th   co s t - e f f ec ti v en e s s   an d   s u s tai n ab le  d ata  th r o u g h p u t in   r u r al  en v ir o n m e n ts .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E fficien t I o T - b a s ed   s ma r t irr i g a tio n   s ystem  u s in g   Lo R a W A N   fo r   r eso u r ce   o p timiz a tio n   …  ( F a ten   B en   A ich a )   963   3 . 6 .     L i m it a t io ns   a nd   pra ct ic a l c o ns idera t io ns   A lt h o u g h   t h p r o p o s ed   s y s te m   e x h ib ited   r eliab le  f ield   p e r f o r m an ce ,   s e v er al  p r ac tical  l i m itat io n s   w er id en ti f ied .   First,  th m o b ile  ap p licatio n s   r ea l - ti m co n tr o r elies  o n   s tab le  I n ter n et  co n n ec ti v it y ,   w h ic h   m a y   r estrict  f u n c tio n ali t y   in   r e m o te  ag r ic u lt u r al  zo n e s   w i t h   li m ited   co v er ag e.   Seco n d ,   g ate w a y   p lace m en w a s   f o u n d   to   s tr o n g l y   in f l u e n ce   co m m u n icatio n   r eliab ilit y ,   p ar ticu lar l y   in   s li g h tl y   h ill y   te r r ain   w h er lin e - of - s ig h co n d itio n s   ar v ar iab le.   Fin all y ,   s e n s o r   ca lib r atio n   d r if r e m ai n s   co n ce r n   d u r in g   e x ten d ed   o p er atio n ,   r eq u ir in g   p er io d ic  r ec alib r atio n   to   p r eser v ac c u r ac y .   T h ese  f i n d in g s   h i g h lig h o p p o r tu n iti es  f o r   i m p r o v e m e n t   th r o u g h   t h i n te g r atio n   o f   ed g e - co m p u ti n g   ca p ab ilit ies   f o r   o f f lin o p er atio n ,   p r ed ictiv m ai n te n an ce   alg o r ith m s   b ased   o n   s e n s o r   h is to r y ,   a n d   p o ten tial  in co r p o r atio n   o f   m ac h i n lear n in g   m o d el s   to   en h a n ce   au to n o m o u s   ir r i g atio n   d ec is io n - m a k i n g   [ 2 0 ] ,   [ 2 2 ] [ 2 5 ] .       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   p r ese n ted   p r ac tical  an d   co s t - e f f ec ti v I o T - b ased   s m ar ir r ig atio n   s y s te m   d esig n ed   f o r   w ater   r eso u r ce   o p ti m izatio n   in   ag r icu lt u r e.   B y   in teg r ati n g   L o R aW AN  co m m u n icatio n ,   th A cti lit y   T h i n g P ar k   s er v er ,   Mo n g o DB   d atab ase,   an d   Flu tter - b ased   m o b ile  ap p licatio n ,   th s y s te m   en ab les  r ea l - ti m en v ir o n m e n tal  m o n ito r in g ,   ad ap tiv ir r ig atio n   co n tr o l,  an d   s ig n i f ica n w ater   s a v i n g s .   T h o p en   an d   m o d u lar   ar ch itect u r en s u r es  s ca lab ili t y   a n d   af f o r d ab ilit y ,   m a k i n g   it   p ar ticu lar l y   s u itab le  f o r   s m al an d   m ed iu m - s ized   f ar m s   in   s e m i - ar id   r eg io n s   s u c h   as T u n i s ia.   Fu t u r d ev elo p m e n ts   w il f o c u s   o n   i n telli g e n d ata - d r iv e n   i r r ig atio n ,   lev er a g i n g   h is to r ica an d   r ea l - ti m d ata   s to r ed   in   Mo n g o D B   to   d ev elo p   p r ed ictiv m o d e ls   f o r   ir r ig atio n   n ee d s   a n d   s c h ed u le  o p ti m izatio n .   A d d itio n al  w o r k   w ill  ex p lo r a r tif icial  i n telli g e n ce   ( AI ) - d r iv en   co o r d in atio n   b et w ee n   s e n s o r s   an d   ac tu ato r s   w it h i n   a n   i n te g r ated   a r tific ia i n te lli g en ce   o f   t h i n g s   ( A I o T )   f r am e w o r k ,   in co r p o r atin g   ed g co m p u ti n g ,   b lo ck ch ai n - b ased   d ata  s ec u r it y ,   an d   n a n o s e n s o r   n et w o r k s   to   en h a n ce   p r ec is io n   a n d   au to n o m y .   T o   f u r th er   i m p r o v s u s tai n ab ilit y ,   s o lar - p o w er ed   o p er atio n   w ill  b i m p le m e n ted   in   f u t u r e   p r o to ty p es,  ex te n d i n g   s y s te m   au to n o m y   a n d   r ed u cin g   e n v ir o n m e n tal  i m p ac t.  T h r esear ch   tea m   a ls o   p lan s   to   co llab o r ate  w it h   ac ad e m ic  i n s tit u tio n s ,   g o v er n m e n tal  a g e n cies,  an d   a g r ic u lt u r al  co o p er ativ es   i n   T u n i s ia  to   s ca le  s y s te m   d ep lo y m e n t,  p r o m o ti n g   s u s tai n ab le  ag r ic u lt u r e,   im p r o v ed   f o o d   s ec u r it y ,   an d   in cl u s i v r u r al   d ev elo p m en t.       ACK NO WL E D G M E NT   T h au th o r s   w o u ld   lik to   th a n k   Mr .   B en   Ha m o u d f o r   k i n d ly   allo w i n g   th ex p er i m en ta l   test s   to   b e   co n d u cted   o n   h i s   ag r ic u lt u r al  l an d .       F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   Au t h o r s   s tate  n o   f u n d i n g   i n v o l v ed .       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT     T h is   jo u r n al  u s e s   th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   t o   r ec o g n ize  in d i v id u al  au t h o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Faten   B en   A ic h a                               I m en   Ay ac h i                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y si s   I     I n v e st i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i si o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     Au t h o r s   s tate  n o   co n f lic t o f   i n t er est.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n 20 26 9 5 7 - 965   964   DATA AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   is   n o ap p licab le  to   th is   p ap er   as  n o   n ew   d ata  w er cr ea ted   o r   an aly ze d   in   th i s   s tu d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   F A O ,   T h e   S t a t e   o f   L a n d   a n d   W a t e r   R e so u r c e s   f o r   F o o d   a n d   A g r i c u l t u r e   i n   t h e   N e a r   Ea st   a n d   N o r t h   A f r i c a   r e g i o n ,   Fo o d   a n d   Ag ri c u l t u r e   O r g a n i z a t i o n   o f   t h e   U n i t e d   N a t i o n s,  C a i r o ,   p .   5 6 ,   2 0 2 2 .   d o i :   1 0 . 4 0 6 0 / c c 1 1 7 3 e n .   [ 2 ]   D .   V e r n e r ,   A d a p t a t i o n   t o   a   c h a n g i n g   c l i ma t e   i n   t h e   A r a b   c o u n t r i e s  :   a   c a se   f o r   a d a p t a t i o n   g o v e r n a n c e   a n d   l e a d e r sh i p   i n   b u i l d i n g   c l i mat e   r e si l i e n c e   ( E n g l i sh ) ,   M i d d l e   E a st   a n d   N o r t h   A f r i c a ,   2 0 1 2 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / d o c u me n t s.w o r l d b a n k . o r g / c u r a t e d / e n / 7 4 0 3 5 1 4 6 8 2 9 9 7 0 0 9 3 5   [ 3 ]   A .   d e l   P o z o   e t   a l . ,   C l i m a t e   c h a n g e   i mp a c t s   a n d   a d a p t a t i o n   st r a t e g i e o f   a g r i c u l t u r e   i n   M e d i t e r r a n e a n - c l i m a t e   r e g i o n ( M C R s) ,   S u s t a i n a b i l i t y   ( S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 0 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / su 1 1 1 0 2 7 6 9 .   [ 4 ]   D .   M u h a mm e d ,   E.   A h v a r ,   S .   A h v a r ,   M .   T r o c a n ,   M .   J .   M o n t p e t i t ,   a n d   R .   Eh s a n i ,   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   o f   Th i n g ( A I o T )   f o r   smar t   a g r i c u l t u r e :   A   r e v i e w   o f   a r c h i t e c t u r e s,  t e c h n o l o g i e a n d   so l u t i o n s,”   J o u rn a l   o f   N e t w o rk  a n d   C o m p u t e A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   2 2 8 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j n c a . 2 0 2 4 . 1 0 3 9 0 5 .   [ 5 ]   V .   C h a u d h a r y ,   P .   G a u r ,   a n d   S .   R u s t a g i ,   S e n so r s,  so c i e t y ,   a n d   su s t a i n a b i l i t y ,   S u s t a i n a b l e   Ma t e r i a l s a n d   T e c h n o l o g i e s ,   v o l .   4 0 ,   p .   e 0 0 9 5 2 ,   J u l .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . s u s mat . 2 0 2 4 . e 0 0 9 5 2 .   [ 6 ]   P .   Y .   A i sy a h ,   I .   P .   E .   W .   P r a t a ma ,   F .   R a h ma d h a n a ,   a n d   M .   G .   A l   G h i f a r i ,   I n t e r n e t   o f   t h i n g s - b a se d   r i c e   f i e l d   i r r i g a t i o n   e v a p o r a t i o n   mo n i t o r i n g   sy st e m,”   B u l l e t i n   o f   E l e c t ri c a l   En g i n e e ri n g   a n d   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   4 ,   p p .   2 3 3 1 2 3 3 9 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / e e i . v 1 3 i 4 . 5 8 0 3 .   [ 7 ]   N .   G .   S .   C a mp o s,   A .   R .   R o c h a ,   R .   G o n d i m,   T .   L .   C .   d a   S i l v a ,   a n d   D .   G .   G o me s,  S mart  &   g r e e n :   A n   i n t e r n e t - of - t h i n g s fr a me w o r k   f o r   smar t   i r r i g a t i o n ,   S e n so rs   ( S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   2 0 ,   n o .   1 ,   p .   1 9 0 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 0 0 1 0 1 9 0 .   [ 8 ]   D .   K i v ,   G .   A l l a b a d i ,   B .   K a p l a n ,   a n d   R .   K r a v e t s,  S mo l :   S e n si n g   S o i l   M o i s t u r e   u si n g   L o R a ,   i n   LP - I o T   2 0 2 1   -   P ro c e e d i n g s   o f   t h e   2 0 2 2   1 s t   AC W o rk sh o p   o n   N o   P o w e a n d   L o w   P o w e I n t e r n e t - of - T h i n g s,  P a rt   o f   MOBI C O 2 0 2 1 ,   N e w   Y o r k ,   N Y ,   U S A :   A C M ,   Ja n .   2 0 2 1 ,   p p .   2 1 2 7 .   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 4 7 7 0 8 5 . 3 4 7 8 9 9 1 .   [ 9 ]   N .   S a b a h   A b b a s,  M .   S .   S a l i m,   a n d   N .   S a b r i ,   A S C D :   A u t o mat i c   se n si n g   a n d   c o n t r o l   d e v i c e   f o r   c r o p   i r r i g a t i o n   sc h e d u l i n g ,   H a rd w a r e X ,   v o l .   1 8 ,   p .   e 0 0 5 2 3 ,   J u n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . o h x . 2 0 2 4 . e 0 0 5 2 3 .   [ 1 0 ]   X .   C h a v a n n e   a n d   J .   P .   F r a n g i ,   A   S e n so r   t o   M o n i t o r   S o i l   M o i s t u r e ,   S a l i n i t y ,   a n d   T e mp e r a t u r e   P r o f i l e f o r   W i r e l e ss  N e t w o r k s,”   J o u rn a l   o f   S e n s o a n d   Ac t u a t o r   N e t w o rks ,   v o l .   1 3 ,   n o .   3 ,   p .   3 2 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / j sa n 1 3 0 3 0 0 3 2 .   [ 1 1 ]   H .   Z h a n g ,   L .   H e ,   F .   D i   G i o i a ,   D .   C h o i ,   A .   El i a ,   a n d   P .   H e i n e man n ,   L o R a W A N   b a se d   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   ( I o T)   s y st e f o r   p r e c i si o n   i r r i g a t i o n   i n   p l a s t i c u l t u r e   f r e sh - mark e t   t o mat o ,   S m a rt   A g ri c u l t u ra l   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 ,   p .   1 0 0 0 5 3 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a t e c h . 2 0 2 2 . 1 0 0 0 5 3 .   [ 1 2 ]   A .   L i o p a - T sak a l i d i ,   V .   T h o mo p o u l o s,   P .   B a r o u c h a s,  A .   D .   B o u r s i a n i s ,   a n d   S .   K .   G o u d o s,  A   L o R a W A N - b a se d   I o T   p l a t f o r f o r   smar t   i r r i g a t i o n   i n   o l i v e   g r o v e s,”   S m a rt   A g ri c u l t u r a l   T e c h n o l o g y ,   v o l .   9 ,   p .   1 0 0 6 7 3 ,   D e c .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a t e c h . 2 0 2 4 . 1 0 0 6 7 3 .   [ 1 3 ]   Z .   A .   S h a i k h   e t   a l . ,   A   N e w   T r e n d   i n   C r y p t o g r a p h i c   I n f o r mat i o n   S e c u r i t y   f o r   I n d u st r y   5 . 0 :   A   S y st e mat i c   R e v i e w ,   I EEE  Ac c e ss v o l .   1 2 ,   p p .   7 1 5 6 7 1 6 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 4 . 3 3 5 1 4 8 5 .   [ 1 4 ]   A .   A l d r e e e t   a l . ,   E n h a n c i n g   d y n a mi c   r e so u r c e   ma n a g e me n t   i n   d e c e n t r a l i z e d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   c o l l a b o r a t i v e   e d g e   I n t e r n e t   o f   T h i n g s,   E u r a si p   J o u r n a l   o n   Wi r e l e ss   C o m m u n i c a t i o n a n d   N e t w o r k i n g ,   v o l .   2 0 2 5 ,   n o .   1 ,   p .   3 2 ,   M a y   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 3 6 3 8 - 0 2 5 - 0 2 4 5 9 - 8.   [ 1 5 ]   A c t i l i t y ,   T h i n g P a r k   X   I o T - F l o w   |   T h i n g P a r k X ,   2 0 2 5 .   h t t p s: / / d o c s . t h i n g p a r k . c o m/ t h i n g p a r k - x / l a t e st /   [ 1 6 ]   M o n g o D B ,   M o n g o D B   C o n n e c t o r   f o r   A p a c h e   K a f k a ,   Mo n g o D B l o g ,   2 0 2 5 .   [ 1 7 ]   S .   A b o l h a ssan i   K h a j e h ,   M .   S a b e r i k a marp o sh t i ,   a n d   A .   M .   R a h m a n i ,   R e a l - T i me   S c h e d u l i n g   i n   I o T   A p p l i c a t i o n s:   A   S y st e mat i c   R e v i e w ,   S e n s o rs ,   v o l .   2 3 ,   n o .   1 ,   p .   2 3 2 ,   D e c .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 3 0 1 0 2 3 2 .   [ 1 8 ]   H .   H .   K a d a r ,   S .   S .   S a me o n ,   a n d   P .   A .   R a f e e ,   S u st a i n a b l e   W a t e r   R e so u r c e   M a n a g e me n t   U s i n g   I O T   S o l u t i o n   f o r   A g r i c u l t u r e ,   i n   Pro c e e d i n g -   9 t h   I EEE   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o n t r o l   S y st e m ,   C o m p u t i n g   a n d   E n g i n e e r i n g ,   I C C S C 2 0 1 9 ,   I EEE,   N o v .   2 0 1 9 ,   p p .   1 2 1 1 2 5 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C S C E4 7 5 7 8 . 2 0 1 9 . 9 0 6 8 5 9 2 .   [ 1 9 ]   G .   C o d e l u p p i ,   A .   C i l f o n e ,   L .   D a v o l i ,   a n d   G .   F e r r a r i ,   L o r a F a r M :   A   L o R a W A N - b a se d   smar t   f a r m i n g   mo d u l a r   I o T   a r c h i t e c t u r e ,   S e n so rs (S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   2 0 ,   n o .   7 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 0 0 7 2 0 2 8 .   [ 2 0 ]   R .   G o n g ,   H .   Z h a n g ,   G .   L i ,   a n d   J.  H e ,   Ed g e   C o mp u t i n g - En a b l e d   S mart  A g r i c u l t u r e :   Te c h n i c a l   A r c h i t e c t u r e s,  P r a c t i c a l   Ev o l u t i o n ,   a n d   B o t t l e n e c k   B r e a k t h r o u g h s,   S e n s o rs ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 7 ,   p .   5 3 0 2 ,   A u g .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 5 1 7 5 3 0 2 .   [ 2 1 ]   V .   K u mar  S   e t   a l . ,   Ev a l u a t i o n   o f   I o T   b a se d   sm a r t   d r i p   i r r i g a t i o n   a n d   E T c   b a se d   sy st e f o r   sw e e t   c o r n ,   S m a rt   Ag r i c u l t u ra l   T e c h n o l o g y ,   v o l .   5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a t e c h . 2 0 2 3 . 1 0 0 2 4 8 .   [ 2 2 ]   A .   B i h e n g ,   C .   T u ,   P .   A .   O w o l a w i ,   D .   D u   P l e ssi s,  a n d   S .   D u ,   N e t w o r k   A r c h i t e c t u r e   o f   a   F o g Cl o u d - B a se d   S mart  F a r mi n g   S y st e m,”   I n t e r n e t   o f   T h i n g s ,   v o l .   6 ,   n o .   1 ,   p .   1 7 ,   F e b .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / i o t 6 0 1 0 0 1 7 .   [ 2 3 ]   R .   N .   R o h m a h ,   Y .   O k t a f i a n t o ,   N u r o k h i m ,   H .   S u p r i y o n o ,   a n d   A .   S u p a r d i ,   P e st   C o n t r o l   S y st e o n   A g r i c u l t u r a l   L a n d   U si n g   I o t   El e c t r o n i c   C o n t r o l l e r ,   J o u r n a l   o f   A p p l i e d   E n g i n e e ri n g   a n d   T e c h n o l o g i c a l   S c i e n c e ,   v o l .   5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 0 1 1 1 0 1 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 7 3 8 5 / j a e t s . v 5 i 2 . 4 5 9 2 .   [ 2 4 ]   B .   V .   A .   S .   K u mar,  S .   P .   K u mar,  K .   Jasw a n t h ,   K .   V i sh n u ,   a n d   A .   K u mar,  S mart  i r r i g a t i o n   sy st e u si n g   mac h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s,   M a c h i n e   L e a r n i n g   T e c h n i q u e s   f o r V L S I   C h i p   D e s i g n ,   p p .   1 3 9 1 5 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / 9 7 8 1 1 1 9 9 1 0 4 9 7 . c h 9 .   [ 2 5 ]   A .   M o r c h i d ,   M .   M a r h o u n ,   R .   El   A l a mi ,   a n d   B .   B o u k i l i ,   I n t e l l i g e n t   d e t e c t i o n   f o r   su st a i n a b l e   a g r i c u l t u r e :   A   r e v i e w   o f   I o T - b a se d   e mb e d d e d   sy st e ms,  c l o u d   p l a t f o r ms,  D L ,   a n d   M L   f o r   p l a n t   d i se a se   d e t e c t i o n ,   M u l t i m e d i a   T o o l a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   8 3 ,   n o .   2 8 ,   p p .   7 0 9 6 1 7 1 0 0 0 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 1 0 4 2 - 0 2 4 - 1 8 3 9 2 - 9.                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         E fficien t I o T - b a s ed   s ma r t irr i g a tio n   s ystem  u s in g   Lo R a W A N   fo r   r eso u r ce   o p timiz a tio n   …  ( F a ten   B en   A ich a )   965   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       Fa te n   B e n   Aic h a           re c e i v e d   h e P h . D.  in   El e c tri c a En g in e e ri n g   fro m   th e   Na ti o n a l   En g in e e rin g   S c h o o l   o f   T u n is   ( ENIT ),   T u n isia.  S h e   is  c u rre n tl y   a n   A ss ist a n P r o f e ss o in   A u to m a ti o n   a n d   In d u str ial  Co m p u ter  S c ien c e   a th e   Hig h e In stit u te  o f   Co m p u ter  S c ien c e   (IS I),   Un iv e rsity   o f   T u n is  El   M a n a r.   He re se a r c h   f o c u se o n   th e   in tern e o f   th in g (Io T ),   e n e rg y   e ff icie n c y ,   s m a rt  se n sin g   s y ste m s,  e d g e   c o m p u ti n g   a n d   a rti f icia in telli g e n c e .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il f a ten . b e n a ich a @isi. u tm . tn .         I m e n   Ay a c h         re c e iv e d   h e P h . D.  i n   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   th e   Na ti o n a l   En g in e e rin g   S c h o o o f   T u n is  ( ENIT ),   T u n isia.  S h e   is   a n   A ss istan P r o f e ss o in   A u to m a ti o n   a n d   In d u strial  C o m p u ter  S c ien c e   a t   t h e   Hig h e I n stit u te  o f   Co m p u ter  S c ien c e   (IS I),   Un iv e rsity   o f   T u n is  El   M a n a r.   He r   re se a rc h   in tere sts  in c l u d e   r o b o ti c s,  o p ti m iz a ti o n ,   I o T   a n d   a rti f icia in telli g e n c e .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il im e n . a y a c h i@isi. u tm . tn .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.